塔板理论为什么效能高

塔板理论当色谱柱长一定时，塔板数越大（塔板间距越小），被测组分在色谱柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。当色谱柱长一定时，塔板数越大（塔板间距越小），被测组分在色谱柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，所得色谱峰越窄。不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。柱效的高低不能表示被分离组分的实际分离效果。当两组分的分配系数相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实验结果，无法指出影响柱效的因素和提高柱效的途径。

塔板数和比移值的关系

塔板数是根据要求的气、液比例以及上、下塔的工作压力确定的。通过精馏过程计算得出的是理论塔板数。如果气体升上塔，上塔塔板数还与气体的量有关。由于实际精馏工况达不到理想情况，实际所需的塔板数要比理论计算的要多。通常是考虑一个塔板效率，在求出理论塔板数后，除以塔板效率就得出实际塔板数。在实际设计中，还需参考同类型设备的塔板数来确定实际塔板数。 为什么理论计算与实际有出入呢?这是因为在进行精馏计算时，是假设在塔板上进行的热质交换是充分的，即离开塔板的气液达到了平衡。实际上由于气液均有一定的流速，热质交换不可能完善。另外热质交换的完善程度还与塔板的结构有关。因此，离开塔板的气液均达不到平衡状态，即气液浓度均低于理论值。若欲达到规定的浓度，就需要更多的塔板。考虑到制造、安装的误差，如塔板拼接不良造成的液漏及塔板不平等引起的精馏效率降低，都要求比理论塔板更多的塔板才能达到所需的气液浓度。另外，在进行精馏计算时，若把空气只看成是氧、氮混合物，则与实际的误差就更大了。塔板效率实际上考虑了上述诸因素影响，因此实际塔板数要比理论塔板数要多。 然而，塔板数是否越多越好呢?实际并非如此。从精馏角度讲，在进料条件和回流比一定的情况下，产品纯度越高，需要的塔板数也越多。但塔板数越多，塔板阻力就越大，塔的操作压力相应也要提高，这将使分离效果反而降低。而且，空压机的排气压力也得提高，电耗就要增加。此外，塔板数多，塔的成本也提高。因此，塔板数应该适当，不能说越多越好。

塔板理论是什么

塔板理论是色谱学的基础理论，塔板理论将色谱柱看作一个分馏塔，待分离组分在分馏塔的塔板间移动，在每一个塔板内组分分子在固定相和流动相之间形成平衡，随着流动相的流动，组分分子不断从一个塔板移动到下一个塔板，并不断形成新的平衡。一个色谱柱的塔板数越多，则其分离效果就越好。

马丁（Martin）和欣革（Synge）最早提出塔板理论，将色谱柱比作蒸馏塔，把一根连续的色谱柱设想成由许多小段组成。在每一小段内，一部分空间为固定相占据，另一部分空间充满流动相。组分随流动相进入色谱柱后，就在两相间进行分配。并假定在每一小段内组分可以很快地在两相中达到分配平衡，这样一个小段称作一个理论塔板（theoretical plate），一个理论塔板的长度称为理论塔板高度（theoretical plate height）H。经过多次分配平衡，分配系数小的组分，先离开蒸馏塔，分配系数大的组分后离开蒸馏塔。由于色谱柱内的塔板数相当多，因此即使组分分配系数只有微小差异，仍然可以获得好的分离效果。

只要色谱柱的塔板数足够多,任何两物质都能被分离吗?

这样说不是特别的正确了。比如说如果用非手性的固定相，塔板数无论有多高也不会分离开手性的对映异构体的。分离开手性的物质必须用手性填料才行。如果不算手性物质的话，那在理论上塔板数足够多,任何两物质基本上能被分离，但在实践中，我们在分离上如果光追求塔板数是不够的。比如有好多时候用一种极性固定相的柱子虽然塔板数非常高，也不太利于分离，如果用一 种极性的预分离后，再用另一极性柱子分离反而效果比只用一种柱子分离好的多，就是二唯色谱的优势了。

某色谱柱理论塔板数很大，是否任何两种难分离的组分一定能在该柱上分离

不一定。因为理论塔板数没有将死时间、死体积的影响排除，所以理论塔板数、理论塔板高度并不能真实反映色谱柱分离的好坏。为了真实地反映柱效能的高低，应该用有效理论塔板数或有效理论塔板高度作为衡量柱效能的指标，有效理论塔板数愈多，表示柱效能愈高，所得色谱峰愈窄，对分离愈有利。但是有效理论塔板数并不能表示被分离组分实际分离的效果，因为如果两组分在同一色谱柱上的分配系数相同，那么无论该色谱柱的有效理论塔板数有多大，都不能将两组分分离。

塔板理论之缺点

减压精馏塔的塔板数少，压降小，真空度高，塔径大。为了尽量提高拔出深度而又避免分解，要求减压塔在经济合理的条件下尽可能提高汽化段的真空度。因此，一方面要在塔顶配备强有力的抽真空设备，同时要减小塔板的压力降。减压塔内应采用压降较小的塔板，常用的有舌型塔板、网孔塔板、筛板塔盘、泡罩塔盘等。减压馏分之间的分馏精确度要求一般比常压蒸馏的要求低，因此通常在减压塔的两个侧线馏分之间只设3~5块精馏塔板。在减压下，塔内的油汽、水蒸汽、不凝气的体积变大，减压塔径变大。它们的特点是：

1、筛板塔盘：筛板塔是扎板塔的一种，内装若干层水平塔板，板上有许多小孔，形状如筛；并装有溢流管或没有溢流管。操作时，液体由塔顶进入，经溢流管（一部分经筛孔）逐板下降，并在板上积存液层。气体（或蒸气）由塔底进入，经筛孔上升穿过液层，鼓泡而出，因而两相可以充分接触，并相互作用。泡沫式接触气液传质过程的一种形式，性能优于泡罩塔。为克服筛板安装水平要求过高的困难，发展了环流筛板；克服筛板在低负荷下出现漏液现象，设计了板下带盘的筛板；减轻筛板上雾沫夹带缩短板间距，制造出板上带挡的的筛板和突孔式筛板和用斜的增泡台代替进口堰，塔板上开设气体导向缝的林德筛板。筛板塔普遍用作H2S-H2O双温交换过程的冷、热塔。应用于蒸馏、吸收和除尘等。

2、舌形塔盘：舌形塔是喷射型塔，气体喷出的方向和液体流动的方向一致，可充分利用气体动能促进气液两相间的接触，提高传质效率。气体不必通过较深的液层，压力降小，雾沫夹带小，可采用较大气速，故生产能力高。结构简单，安装、维修方便。

缺点：液体被气体冲至塔壁落入降液管，带有大量泡沫，气相夹带严重，塔板效率低。固定舌形塔操作弹性小，气流量小时易漏液；浮动舌形塔浮舌易损坏。

3、泡罩塔盘： 泡罩塔板是工业上应用最早的塔板，它主要由升气管及泡罩构成。泡罩安装在升气管的顶部，分圆形和条形两种，以前者使用较广。泡罩有f80、f100、f150mm三种尺寸，可根据塔径的大小选择。泡罩的下部周边开有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。泡罩在塔板上为正三角形排列。 操作时，液体横向流过塔板，靠溢流堰保持板上有一定厚度的液层，齿缝浸没于液层之中而形成液封。升气管的顶部应高于泡罩齿缝的上沿，以防止液体从中漏下。上升气体通过齿缝进入液层时，被分散成许多细小的气泡或流股，在板上形成鼓泡层，为气液两相的传热和传质提供大量的界面 泡罩塔板的优点是操作弹性较大，塔板不易堵塞；缺点是结构复杂、造价高，板上液层厚，塔板压降大，生产能力及板效率较低。泡罩塔板已逐渐被筛板、浮阀塔板所取代，在新建塔设备中已很少采用。

4、浮阀塔盘：浮阀塔板具有泡罩塔板和筛孔塔板的优点，应用广泛。浮阀的类型很多，国内常用的有F1型、V-4型及T型等。浮阀塔板的优点是结构简单、造价低，生产能力大，操作弹性大，塔板效率较高。其缺点是处理易结焦、高粘度的物料时，阀片易与塔板粘结；在操作过程中有时会发生阀片脱落或卡死等现象，使塔板效率和操作弹性下降。

概括：

浮阀、筛板、圆形泡罩、槽型、舌型、浮舌、浮动喷射、网孔、斜孔等形式的塔板。优缺点及适用范围如下：

圆形泡罩：优点：较成熟，操作范围寛；缺点：结构复杂、阻力大、生产能力低；适用于某些要求弹性好的特殊塔。

浮阀板：优点：效率高，操作范围宽；缺点：需要不锈钢，浮阀易脱落；适用于分馏要求高，负荷变化大的塔。

筛板：优点：效率高，成本低；缺点：安装要求水平，易堵塞；适用于分馏要求高，塔板数较多的塔。

舌型板：优点：结构简单生产能力大；缺点：操作范围窄，效率低；适用于分离要求较低的闪蒸塔。

浮喷板：优点：压降小，生产能力大；缺点：浮板易脱落，效率低；适用于分离要求较低的塔；

网孔板：优点：压降小，生产能力大，效率高；缺点：操作范围窄；较多用于润滑油型减压塔。

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